COMPUTERS & CONTROL Sp. j. ul. Porcelanowa Katowice tel. ( 032 ) fax ( 032 )

Transkrypt

1 Dokumentacja użytkownika koncentratora Xserwer COMPUTERS & CONTROL Sp. j. ul. Porcelanowa Katowice tel. ( 032 ) fax ( 032 ) Katowice Styczeń 2010 Computers & Control Sp. j. 1

2 SPIS TREŚCI 1. Sieć komputerowa Wstęp Sieci TCP/IP oraz Ethernet Sieć lokalna Sieć lokalna i urządzenia EAZ firmy C&C 5 2. Koncentrator Xserwer Wprowadzenie Parametry techniczne Konstrukcja koncentratora Zasilanie / układ przekaźnika błędu Pulpit operatora Opisy złącz Podłączenie w sieć koncentratora schemat montażowy Synchronizacja czasu Oprogramowanie Xserwer Obsługa koncentratora za pomocą oprogramowania Saz Obsługa protokołu DNP 3.0 w koncentratorze Xserwer Protokół dla urządzeń firmy C&C Urządzenia obce posiadające zaimplementowany protokół IEC Computers & Control Sp. j. 2

3 1. Sieć komputerowa 1.1. Wstęp Początku wpółczesnych sieci komputerowych należy szukać w latach 60 XX wieku, w momencie powstania sieci ARPANET zbudowanej w USA dla celów militarnych. Drugim, bardzo istotnym momentem było wprowadzenie przez firmę Xerox standardu sieci lokalnych ETHERNET, który był dalej rozwijany przez konsorcjum założone przez firmy Xerox, DEC i Intel ( Trzeci element który zdecydował o szybkim rozwoju i ogromnej popularności sieci komputerowych było opracowanie przez Tim Berners-Lee podstaw tzw. www (world wide web) czyli hiperteksowego protokołu prezentacji informacji ( Obecny stan to olbrzymia popularność komputerowych sieci które zadomowiły się praktycznie we wszystkich dziedzinach nauki i techniki. Nasze rozważania ograniczymy do lokalnych sieci komputerowych opartych na protokole TCP/IP oraz Ethernet Sieci TCP/IP oraz Ethernet Sieci komputerowe stosowane w technice najczęściej oparte są o protokół TCP/IP ( a jako łącze komunikacyjne ( interface ) używany jest standard Ethernet. TCP/IP to pakiet protokołów komunikacyjnych ( Transmission Control Protocol / Internet Protocol ) o strukturze warstwowej tworzący tzw. stos TCP/IP. W górnych warstwach rezyduje poziom TCP i UDP poniżej IP a na samym dole, jako łącze danych, najczęściej wykorzystywany jest interface Ethernet. Aplikacje TCP UDP IP Ethernet rys1 Uproszczona struktura stosu TCP/IP oraz łącza Ethernet Całość to bardzo rozbudowany system jednakże dla naszych rozważań nie są istotne szczegóły działania poszczególnych warstw a jedynie podstawowe informacje niezbędne do prawidłowego skonfigurowania połączeń pomiędzy urządzeniami. Dla poprawnego działania komunikacji pomiędzy urządzeniami jest określenie unikalnych adresów dla warstwy IP oraz numerów portów ( dla warstwy TCP-UDP. Computers & Control Sp. j. 3

4 Urządzenie 1 Urządzenie 2 IP np Port np.500 Sieć LAN lub WAN IP np Port np.5670 rys2 Dla przypadku jw. po nawiązaniu komunikacji pomiędzy urządzeniami w każdym z nich, na podstawie wartości adresu IP oraz numeru portu powstaje tzw. socket ( gniazdo ). Te informacje pozwalają przesyłać informację pomiędzy urządzeniami w sposób jednoznaczny niezależnie od infrastruktury sieci położonej pomiędzy nimi Sieć lokalna Przykładową strukturę lokalnej sieci przedstawia poniższy rysunek. Sieć WAN Urządzenie Urządzenie Urządzenie n Router Gatewa y Switch Switch rys3 Sieć / Maska Adresy IP urządzeń, zwykle, należą do tej samej klasy ( sieci ). Często adresacja w sieci lokalnej wykorzystuje klasę adresów nierutowalnych ( tabela poniżej ). Numery portów używanych do komunikacji są zależne od aplikacji ( programów ) działających na poszczególnych urządzeniach. Często numery portów powiązane są z danym typem aplikacji ( np. pocztą elektroniczną czy http ). Klasa Maska sieci Zakres adresów A B C Klasy i zakresy adresów IP - nieroutowalnych. Połaczenia elektryczne wykonuje się przy pomocy kabli UTP albo FTP (4 skrętki w lub bez ekranu w izolacji PCV ew. pancerzem ochronnym) i złącz RJ45 Computers & Control Sp. j. 4

5 ( łącząc urządzenia z najbliższym mu przełącznikiem ( switch ) i dodatkowo przełączniki pomiędzy sobą. Największa dopuszczalna długość połączeń pomiędzy poszczególnymi elementami sieci jest zależna od typu kabla oraz szybkości transmisji. Typowo nie powinna przekraczać 150 m (przy 100Mb). Przy połączeniach na większą odległość stosujemy konwertery światłowodowe typu OPTO/Ethernet. Poza zwiększeniem długości połaczeń zastosowanie światłowodów zapewnia separację galwaniczną pomiędzy fragmentami sieci. Wyodrębnioną sieć lokalną łaczy się z innymi sieciami (korporacyjnymi lub ogólnoświatowymi) przy pomocy routerów pełniących fukcję bramy (gateway) Sieć lokalna i urządzenia EAZ firmy C&C Od 2007 roku firma C&C wprowadziła w urządzeniach swojej produkcji port komunikacyjny pracujący w standardzie Ethernet z zaimplementowanym protokołem TCP/IP. Dzienniki zdarzeń Dane o zakłóceniu Status Sterowania Kopia 1 Dzienniki zdarzeń Dane o zakłóceniu Status Sterowania Kopia 2 Dzienniki zdarzeń Dane o zakłóceniu Status Sterowania Kopia 3 TCP/IP IP x Port 200 Port 201 Port 202 Port 203 Port Ethernet adres MAC Dzienniki zdarzeń Dane o zakłóceniu Status Sterowania Kopia 4 Struktura logiczna funkcji sieciowych w urządzeniach EAZ rys4 Każde urządzenie wyposażone jest w jeden port komunikacyjny który od strony aplikacji (programu sterującego pracą urządzeń) może obsługiwać równocześnie cztery połączenia wirtualne, każde na innym porcie. Dla każdego takiego kanału (socketu) urządzenie udostępnia niezależną kopię informacji o zakłóceniach, zdarzeniach, statusie oraz może przyjmować niezależnie rozkazy sterowania. Odczyt danych, np. o zakłóceniu, w jednym z kanałów nie ma wpływu na inne. Przeznaczenie kanałów zostało na sztywno przypisane. Kanał pierwszy (domyślny numer portu 200) to tzw. kanał inżynierski obsługiwany przez program SAZ2000. Kanał drugi służy do transmisji danych z koncentratorem głównym Xserwer do systemu nadrzędnego. Kanał trzeci obsługuje koncentrator dodatkowy. Kanał czwarty przeznaczony jest do transmisji pomiędzy urządzeniami EAZ (np. pomiędzy zabezpieczeniami podstawowym oraz rezerwowym, czy polem pomiarowym i zabezpieczeniami liniowymi SN ). Computers & Control Sp. j. 5

6 Struktura typowej instalacji sieciowej urządzeń EAZ na obiekcie elektroenergetycznym przedstawiono na rysunku nr.5. Urządzenia EAZ pogrupowano w oparciu o fizyczne rozmieszczenie w rozdzielniach w celu minimalizacji długości połaczeń kablowych. Chociaż łącza Ethernetowe są bardzo odporne na napięcia wspólne (izolowane przez transformatory w.cz.) to jednak należy też zwrócić uwagę na skuteczne i równomierne uziemienie urządzeń przyłączonych do tego samego zestawu przełączników. Taka praktyka pozwoli na eliminację zakłóceń poprawiając tym samym jakość transmisji. Połączenia dłuższe, np. pomiędzy poszczególnymi rozdzielniami wykonane są przy pomocy konwerterów światłowodowych OPTO/Ethernet. Logicznie sieć na obiekcie jest wydzieloną siecią lokalną. Unikalne adresy IP dla każdego z urządzeń, najczęściej, są przdzielane z klasy adresów nieroutowalnych. Wybierając klasę C mamy do dyspozycji 254 adresy (adres jest adresem sieci a adres jest adresem rozgłoszeniowym) czyli w jednej takiej sieci może pracować łącznie do 254 zabezpieczń, rejestratorów, regulatorów itd. Komunikację z systemem nadrzędnym realizują jeden lub dwa koncentratory wyposażone w porty ethernetowe oraz szeregowe z zaimplementowanym protokołem DNP 3.0 (protokół DNP3 opcjonalnie). Dostęp z zewnątrz (sieci korporacyjnej, internetu) do urządzeń na stacji realizowany jest przy pomocy routera VPN (Virtual Private Network - Router ma przypisane dwa adresy, od strony sieci lokalnej jest to adres z klasy nieroutowalnej, właściwej dla danej sieci lokalnej (w naszym przykładzie ). Od strony sieci WAN posiada pojedyńczy adres odpowiedni dla danej sieci korporacyjnej czy też łącza inernetowego (zwykle adres z klasy routowalnej). Sieć lokalna stacji jest dostępna z zewnątrz w trybie tunelowania, szyfrowanym kanałem transmisyjnym, z weryfikacją uprawnień (nazw i haseł użytkowników). Główne zastosowanie tego łącza to udostępnienie inżynierom EAZ urządzeń stacji z dowolnego miejsca sieci korporacyjnej czy nawet internetu. Połącznie tunelowe jest inicjalizowane przez komputer osoby obsługującej EAZ (w systemie Windows jest to funkcja połącz z siecią w miejscu pracy, co jest równoważne z połączeniem VPN ) przez podanie nazwy użytkownika, hasła i trybu szyfrowania połączenia. Podane dane muszą być zgodne z danymi wprowadzonymi (na etapie konfiguracji) do routera VPN umieszczonego na obiekcie. Router weryfikuje dane i w przypadku ich poprawność powstaje tzw. tunel czyli szyfrowane połączenie, w pełni bezpieczne, szalenie trudne do podsłuchania, określenia tras przesyłu informacji i innych parametrów sieciowych. W następnym kroku użytkownik uruchamia program SAZ2000 który łączy się z urządzeniami w zasadzie w taki sam sposób jakby był bezpośrednio podłączony do sieci lokalnej. Computers & Control Sp. j. 6

7 ZSN 5L ZCS 4 TP ZSN 5L ZZN ZTR ZSN 5L Opto RNT Pola 6kV Switch Pola WN Switch XSERWER DNP3.0 RDR ZSN 5L ZSN 5L Synoptyka XSERWER DNP3.0 ZDR Opto Router VPN Opto ZSN 5L Opto Pola 15kV Switch Switch Stacja elektroenergetyczna Sieć WAN Rys5 Przykładowy schemat podłączenia Koncentratora Xserwer do sieci. Computers & Control Sp. j. 7

8 2. Koncentrator Xserwer 2.1. Wprowadzenie Koncentrator Xserwer jest komputerem kompatybilnym z rodziną PC, bazującym na przemysłowej płycie głownej (ang.mainboard) z procesorem 500MHz, wyposażonym w dysk twardy HDD, napęd DVDROM, wskaźnik optyczny (3 diody LED), porty telekomunikacyjne oraz w układ zabezpieczający zasilacz (230VAC/DC) przed spadkami napięć w trakcie pracy. Koncentratory Xserwer realizują trzy podstawowe funkcje : odczyt oraz archiwizacja zdarzeń i zakłóceń, opcjonalna konwersja danych o zdarzeniach i pomiarach z urządzeń EAZ do protokołu DNP3.0, jak również przyjmowanie sterowań od systemu nadrzędnego i ich transmisja do urządzeń EAZ, wizualizacja stanu stacji na lokalnym stanowisku tzw. diagramie. Koncentratory Xserwer, zgodnie z danymi zawartymi w plikach konfiguracyjnych, przepytują urządzenia EAZ pod kątem zakłóceń, zdarzeń, pomiarów oraz stanu. Część z nich jest wizualizowana na schemacie stacji i równocześnie konwertowana do protokołu DNP3.0 i przesyłana do systemu nadrzędnego. Informacja o zakłóceniach oraz dzienniki zdarzeń podlegają archwizacji na dysku twardym. Pliki te są dostępne w dowolnym momencie dla komputerów podłączonych w trybie tunelowania (via router VPN) lub dla komputerów przyłączonych bezpośrednio do sieci lokalnej. W obu przypadkach komputery muszą być wyposażone w program SAZ Rysunek nr 6 przedstawia widok zewnętrzny koncentratora (z przodu i z tyłu). Widok płyty czołowej READY HDD ERROR Computers & Control XSERWER Com4 RS485 Com3 RS232 Pętla prądowa USB USB Zasilanie 220V AC/DC L+ N Przekaźnik Błedu CM NC ETH LAN DVDROM ETH WAN COM1 RS232 PS VGA rys6 Widok płyty tylnej ze złączami Computers & Control Sp. j. 8

9 2.2. Parametry techniczne Procesor - 500MHz; Pamięć RAM MB DDRAM; Pamięć masowa - HDD od: 80GB do: 160GB; Napęd - DVDROM; Karta monitora - zintegrowana wewnątrz; COM 1 łącze RS port - lokalny; protokół DNP3 COM 2 łącze Pętla prądowa (port urządzeń obiektowych C&C ) ; protokół komunikacyjny CC-bus COM 3 łącze RS 232 / izolowany protokół komunikacyjny CC-bus; COM 4 łącze RS 485/ 4-2 drut protokół komunikacyjny IEC Złącza Ethernet ETH LAN 10/100 komunikacja lokalna w protokole CC-bus-Ethernet, ETH WAN 10/100 protokół DNP3 -Ethernet,; Złącza USB standard Mechanika - kaseta 19" EURO 3U (wersja zatablicowa, szafowa) Sygnalizacja wystąpienia błędu (stykowa) - przekaźnik PK; (Błąd zasilacza) Ciężar: - ~ 7 kg; Zasilanie - 220[V] AC/DC; Pobór mocy - ok. 60[W]; Oprogramowanie - Windows XP, saz serwer jako opcja protokół DNP3 obsługa obcych urządzeń po protokole IEC z konwersją na DNP3 opcjonalnie - synchronizacja czasu z GPS wyprowadzenie na listwe zew. - Nośnik SiliconDriveII flash disk 4GB - Zasilacz bez wentylatora 400W 2.3. Konstrukcja koncentratora Koncentrator wykonany jest w obudowie (standard) kaseta 19" EURO 3U czyli wykonanie do montażu zatablicowego (szafowego). Wszystkie złącza komunikacyjne: Ethernet oraz D-Sub 9Pin (Męskie) umieszczono z tylu obudowy Zasilanie / układ przekaźnika błędu Zasilanie Koncentrator Xserwer można zasilać z napięcia: 230V AC/DC. Dodatkowo układ zasilania jest wposażony w przekaźnik. (na wypadek chwilowych spadków napięć). W chwili zaniku napięcia - Computers & Control Sp. j. 9

10 układ kontroli zablokuje zasilacz na kilka sekund, po czym nastąpi automatyczne jego ponowne włączenie, gdy napięcie zasilające powróci do normy. Należy pamiętać o obowiązkowym, poprawnym uziemienu koncentratora. Zacisk uziemiający znajduje się na obudowie koncentratora Układ przekaźnika kontroli pracy. Układ sygnalizuje tylko poprawną prace zasilacza, W chwili zaniku napięcia zasilania (lub uszkodzenia zasilacza) przekaźnik "Błędu zasilacza" zasygnalizuje ten stan Pulpit operatora Na płycie czołowej znajduje się pulpit operatora z sygnalizacją LED READY HDD ERROR Gotowość Odczyt/Zapis dysku HDD Błąd 2.6. Opisy złącz Zas. 220 V AC/DC Up DCF 7 8 ETH WAN prot. DNP 3.0 DB9/M RS 485 COM 4 prot. IEC Master DB9/M ETH RS 232 LAN COM 1 prot. prot. CC-BUS DNP 3.0 PS DB9/M RS 232 COM 3 prot. CC-BUS Klawiatura + Myszka USB DB9/M COM 2 Pętla prądowa prot. CC-BUS DB15/F Monitor USB Rys7. ETH Tx+ Tx- Rx+ NC(Tx-) NC(Tx+) Rx- NC(Rx+) NC(Rx--) COM DCD RxD TxD DTR GND DSR RTS CTS RING COM Out Z Out Y In A In B RS 485 COM TxDP RxDP Vt'P GNDP COM 3 izolowany 3 TxD 2 RxD GND Pętla Prądowa CL RS 232 Computers & Control Sp. j. 10

11 2.7. Podłączenie w sieć koncentratora schemat montażowy Rysunek 5 strona 7 przedstawia przykładowe zastosowanie koncentratora i sposób podłączenia do sieci urządzeń C&C 2.8. Synchronizacja czasu synchronizacja z systemu nadrzędnego za pomocą protokołu DNP3, (KLS dostaje znacznik czasu następnie wysyła go do wszystkich urządzeń) synchronizacja za pomocą modułu DCF podłączonego na wejście dwustanowe do każdego urządzenia (Uwaga: w tym przypadku nie będzie przyjmowany czas z systemu nadrzędnego) * jako opcja jest dosępny modul odbioru sygnału DCF/GPS wyprowadzony na listwe zewnętrzną patrz rys.7 3. Oprogramowanie Xserwer W koncentratorze znajduje się oprogramowanie Saz 2000 serwer. Opcjonalnie oprogramowanie może zawierać moduł DNP3. Program przeznaczony jest do pracy całkowicie automatycznej. Procesy przebiegające w koncentratorze są praktycznie "niewidoczne" dla użytkownika. Po załączeniu zasilania automatycznie wywoływany jest program: Saz 2000 serwer, realizujący następujące funkcje : odczyt i inicjalizację konfiguracji koncentratora z urzadzeniami zewnętrznymi zgodnie z zawartościami odpowiednich plików konfiguracyjnych automatyczny odczyt stanu urządzeń, buforowania danych automatyczny odczyt czasu i synchronizacja czasu W czasie automatycznego nadzoru urządzeń obiektowych koncentrator wykonuje : przepytywanie urzadzeń na okoliczność wystąpienia błędów i raportowania tychże stanów w statusie Kls;a odczyt i buforowanie informacji o zakłóceniach odczyt i buforowanie informacji o zdarzeniach rejestrowanie przebiegu pracy urządzeń obsługę zewnętrznych żądań napływających przez łącze z systemu nadrzędnego synchronizację zegarów przyłączonych doń urządzeń, według zegara koncentratora obsługę priorytetów odwołań Computers & Control Sp. j. 11

12 4. Obsługa koncentratora za pomocą oprogramowania Saz 2000 Po uruchomieniu programu Saz 2000 należy utworzyć nowe urządzenie KLS NET i wpisać adres IP koncentratora. Rys8. Następnie pokaże się poniższe okno po kliknięciu na ikonę utworzonego urządzenia. Należy wpisać nazwę użytkownika i hasło. W koncentratorze znajduje się wbudowane konto o nazwie admin bez hasła. (Dodawać nowych użytkowników lub zmienić hasło można tylko bezpośrednio w koncentratorze, w tym celu należy wybrać opcję wyjście. Nastąpi zatrzymanie pracy KLS'a. Następnie logujemy się na konto administratora. Dalej wybieramy ikonę użytkownicy w oprogramowaniu Saz 2000 Serwer) rys9 Po zalogowaniu następuje połączenie z KLS;em. Computers & Control Sp. j. 12

13 rys10 Mamy dostępne następujące opcje: Odczyt statusu aktualny stan KLS'a Restart programu KLS'a następuje reinicjalizacja programu KLS'a Restart KLS'a całkowity restart koncentratora Aktualizacja oprogramowania Pokaż dziennik błędów dziennik błędów koncentratora Konfiguracja KLS'a mamy tu możliwość wyboru typu koncentratora z jakim pracujemy główny lub rezerwowy, każdy z KLS'ów magazynuje niezależnie zakłócenia i zdarzenia Computers & Control Sp. j. 13

14 Aktywacja DNP3/IEC Rys11 Prawym przyciskiem myszy klikamy na wersje Saz'a i aktywujemy dowolny moduł poprzez podanie odpowiedniego klucza rys.11 rys12 Computers & Control Sp. j. 14

15 5. Obsługa protokołu DNP 3.0 w koncentratorze Xserwer 5.1. Protokół dla urządzeń firmy C&C Koncentrator może być wyposażony w moduł, który zapewnia konwersję sygnałów pomiędzy urządzeniami firmy C&C, a systemami nadzoru i sterowania odbierającymi informacje w protokole DNP3. Komunikacja odbywa się po dedykowanym łączu COM lub ETH. Komunikacja urządzeń w protokole DNP 3.0 jest możliwa za pomocą koncentratora lokalnego stacji Xserwer na złączu lokalnym COM lub ETH. Koncentrator komunikuje się z urządzeniami według protokołu C&C BUS. Xserwer działa jako translator protokołów C&C BUS i DNP 3.0. Łącze komunikacyjne COM1 standardowo jest wyposażony w interfejs RS232. Parametry portów oraz lista przepytywanych urządzeń, są ustawiane lokalnie w koncentratorze za pomocą programu SAZ Serwer. Jest możliwa równoległa praca koncentratorów, która jednocześnie zapewnia niezależne dwa kanały DNP3. Konfigurację obiektów DNP3 można wykonać lokalnie na koncentratorze lub zdalnie poprzez inny komputer połączony w sieć z Xserwer'em, wykorzystując program SAZ Sposób konfiguracji DNP3 zawarte są w oddzielnym dokumencie. Opis wyprowadzenia sygnałow na złączu RS232 ( 9 pin ) Rx (2) Tx (3) GND (5) 5.2. Urządzenia obce posiadające zaimplementowany protokół IEC Wymagania komunikacji (RS485) XSerwer'a z urządzeniami współpracującymi w protokole IEC Do koncentratora XSerwer istnieje możliwość podłączenia "obcych" urządzeń w protokole IEC Komunikacja ta jest realizowana w standardzie RS485. W celu poprawnej komunikacji, musi być dotrzymany przez urządzenia (Slave) minimalny czas "ciszy" Tc (brak ruchu w komunikacji). Gdzie Tc to czas opóźnienia pomiędzy odebraniem ostatniego znaku przez urządzenie Slave, a rozpoczęciem nadawania pierwszego znaku do XSerwer'a. Czas ten zgodnie z normą IEC wynosi conajmniej czas trwania trzech znaków (3xIdle). Dla urządzenia XSerwer, czas ten nie może być mniejszy niż 10ms. Czas ten jest niezbędny w celu przełączenia kierunku komunikacji konwertera. W przypadku niedotrzymania tego czasu, komunikacja nie będzie możliwa lub będzie zrywana. Koncentrator może być wyposażony w moduł, który zapewnia konwersję sygnałów pomiędzy urządzeniami nie wyprodukowanymi przez firmę C&C, a systemami nadzoru i sterowania odbierającymi informacje w protokole DNP3. Urządzenia obce mogą być obsługiwane przez Xserwer, gdy posiadają zaimplementowany protokół IEC Komunikacja protokołu IEC odbywa się po dedykowanym łączu komunikacyjnym COM, który standardowo jest wyposażony w interfejs RS485 jako cztero lub dwudrut. Jest możliwa równoległa praca koncentratorów, która jednocześnie zapewnia dwa kanały DNP3. W przypadku takiej konfiguracji tylko jeden z koncentratorów może przepytywać protokół IEC (tryb pracy IEC Master). Natomiast drugi koncentrator ma możliwość nasłuchu protokołu (trybie pracy IEC Slave). Parametry portów oraz lista przepytywanych urządzeń, są ustawiane lokalnie w koncentratorze za pomocą programu SAZ Serwer. Konfigurację obiektów DNP3 można wykonać lokalnie na koncentratorze lub zdalnie poprzez inny komputer połączony w sieć z Xserwer'em, wykorzystując program SAZ Sposób konfiguracji DNP3 z obsługą urządzeń zawierających protokół IEC zawarte są w oddzielnym dokumencie. Computers & Control Sp. j. 15

16 Opis wyprowadzenia sygnałow na złączu RS485 ( 9 pin ) Out Z Tx - (1) Out Y Tx + (2) In A Rx + (3) In B Rx - (4) W celu pracy RS485 w połączeniu dwudrutowym, należy we wtyczce zewrzeć końcówki (1) z (4), oraz (2) z (3). Rys.13 Przykład połączenia Xserwer z urządzeniami obsługującymi protokół IEC Computers & Control Sp. j. 16